CN113759421A - 基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，由于地表和浅部5km以上断裂的形态可由地震勘探方法获得较好的约束。基于地震的余震数据，研究5km以下断裂构造的深部形态，包括基于地震的余震数据，联合深度方向上的切片和平面上的核密度分析，获得不同深度上余震点密度的分布；在此基础上通过全局和局部的极值提取算法与断裂线追踪算法，获得断裂走向及垂直方向两个方向上的余震丛集中心线，表达不同深度上余震主破裂面迹线与垂直方向上的断裂分支迹线，并通过垂直于断层的剖面上的余震丛集中心点分布特征，分析了地震不同分段的断裂分支系统，通过断裂系统空间几何特征的研究能够在地震灾害防御工作中发挥重要的作用。

Description

基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法

技术领域

本发明涉及地震发震构造及地震灾害防御技术领域，尤其涉及一种基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法。

背景技术

断裂面在深部的三维形态探测手段比较有限，特别是适用于地震构造研究中的手段还不成熟。目前比较流行的、准确性高的勘探手段主要是地震勘探。地震勘探中的反射剖面，可以根据水平层的断错来勾画剖面。但由于基底中没有明显的水平反射层，因此这种手段获得的断层信息深度有限，一般局限于沉积层，大约数公里深度，与产生大地震的壳断裂的整体深度相比(可能20-60km)，还存在显著的差距。更大尺度的地震剖面上，由于缺乏密集的近水平反射层，断层没有清晰的反应，需要靠地壳分层的层面的弯曲、速度的梯度带来推测断层面的位置。其他诸如重力、航磁的探测手段，也存在同样的问题，仅能通过宽阔的梯度带推测断层位置，无法获得明确的、精细的断裂成像。

大地震相关的余震一般发生在主震的发震断层上(Scholz，1990)，基于这一认识地震点也常常作为活动断裂地下三维形态建模的重要约束数据之一(CarenaandSuppe,2002；Carenaetal.,2004,2007；Ries断裂走向retal.,2017)因此本文探索一种基于地震定位的地震发震构造形态分析的方法，为地震构造的深部形态研究提供有效信息。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，通过对余震数据进行分析计算，得出断裂分支系统，通过分支系统所在的位置能够更好的指示汶川地震的烈度中心，以及通过断裂系统空间几何特征的研究能够在地震灾害防御发挥重要的作用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定主断裂层

以余震密集中心为基础确定地震中的主断裂层；

步骤2：深度切片

将所述主断裂层在深度方向上切片，统计每个切片段的区间厚度、震点数量、地震点集深度中值及均值；

步骤3：震级加权

基于b值的指数形式对每个切片段进行震级加权，地震的震级(M)和频度(N)之间存在指数关系：

lgN＝a－bM

步骤4：核密度计算

针对每个深度的地震点数及震级加权的地震能量集合，统计地震点密度，地震点密度的分布统计采用arcgis中的核密度计算方法进行统计，核函数以Silverman中的四次核函数为基础，见式:

步骤5：密集中心提取

通过构造沿断裂走向和倾向的矩阵，将核密度计算结果的二维中心线提取降维至一维的极值提取，获得的结果能够突出刻画与断裂带平行的余震丛集中心；

步骤6：断裂线提取

将上述密集中心提取到的余震丛集中心点以点线链接方式获得多个断裂线，保留主要破裂线；

步骤7：数据分析

根据所述破裂线提取走向和倾向两个方向上的余震丛集中心线，根据最后的提取结果之间的相似性，结合深度划分方案，以等深度上的图作为进一步地质分析的依据，分辨成线性的地震点密集带。

进一步的，所述切片以不等深度分级，保证每个分段区间具有足够的统计样本。

进一步的，所述密集中心提取包括单密度中心提取算法和/或多密度中心提取算法，两种所述算法均已额定的网格大小及搜索半径为数据获取基准。

进一步的，所述单密度中心提取算法包括构造点阵及核密度值提取，其中：

构造点阵：构造平行于断裂、能够覆盖主要的地震点丛集区域的斜列点阵。平行于断裂的方向为i方向，垂直于断裂的方向为j方向，记录i、j行列号；

核密度值提取：将地震点的核密度值提取到点上，对第i行中核密度值按j值顺序进行两两比较，获得所有的局部峰值点。

进一步的，所述多密度中心提取算法包括构造点阵及核密度值提取，其中：

构造点阵：构造平行于断裂、能够覆盖主要的地震点丛集区域的斜列点阵。平行于断裂的方向为i方向，垂直于断裂的方向为j方向，记录i、j行列号；

核密度值提取：将地震点的核密度值提取到点上，对第i行中核密度值按j值顺序进行两两比较，获得所有的局部峰值点。

进一步的，将所述密度中心提取到的密度中心点连线，包括：

a、将列号j相同的、距离小于设置阈值的点连接成短直线，并记录线的列号、起始点、终点的行号i，统计形成短线的点的最大地震密度值；

b、将列号相邻、首尾点行号i小于设定阈值的两条短线首尾相接，连成长线，统计形成长线的短线的最大地震密度值，并统计线的长度；

c、对长线进行光滑，根据核密度计算加权线长度并据此排序，按百分比进行筛选，保留主要破裂线。

本发明的有益效果是：基于地震的余震数据，联合深度方向上的切片和平面上的核密度分析，获得不同深度上余震点密度的分布；在此基础上通过全局和局部的极值提取算法与断裂线追踪算法，获得断裂走向/倾向方向两个方向上的余震丛集中心线，表达不同深度上余震破裂面迹线，并通过垂直走向剖面上的余震丛集中心点特征，分析了地震不同分段的断裂分支系统，通过断裂系统空间几何特征的研究能够在地震灾害防御发挥重要的作用。

附图说明

图1为本发明相对于地表破裂距离的统计直方图。

图2为本发明余震密集中心的破裂面几何形态提取算法流程图。

图3为本发明地震点个数与深度直方图。

图4为本发明b值统计。

图5为本发明不同输出网格大小与搜索范围的效果对比。

图6为本发明单密度中心筛选结果示意。

图7为本发明基于单密度中心筛选结果构建断层面。

图8为本发明多密度中心提取算法示意图。

图9为本发明多密度中心提取结果。

图10为本发明断裂线提取算法结果。

图11为本发明01、04、08深度切片提取结果。

图12为本发明11、14、16深度切片提取结果。

图13为本发明核密度图的不同拉伸效果。

图14为本发明纵向剖面031上显示的垂直方向走向构造的破裂样式。

图15为本发明小鱼洞以南断裂分段破裂样式。

图16为本发明小鱼洞-高川段破裂样式。

图17为本发明高川-擂鼓段破裂样式。

图18为本发明擂鼓-平武段破裂样式。

图19为本发明平武县以北段破裂样式。

图20为本发明余震点核密度与地震烈度对比。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-20所示的一种基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，为地震构造的深部形态研究提供有效信息，具体以汶川地震及余震信息为依据进行分析说明，本文的研究选择朱艾兰等(2008)的重定位结果，研究整个龙门山断裂带破裂面的三维形态。

龙门山断裂带几何形态研究分析

汶川地震的发震断层龙门山断裂带包含三条倾向垂直方向的叠瓦状逆断裂分支，由南向北依次是灌县-江油断裂、北川-映秀断裂、汶川茂汶断裂。在汶川地震中，灌县-江油断裂和北川-映秀断裂分别产生了长240km和72km的地表破裂，近地表倾角可至70°以上，地震包络线显示的平均倾角45°，向下倾角变缓，并入地壳中部滑脱层(徐锡伟等，2008，2009)。

在地表至地下5km的范围内，地震剖面资料丰富，通过水平层的错段特征解译可以获得较为准确的断裂迹线。在这一深度范围内，断层系统复杂，断层面几乎都为垂直方向倾向，接近直立，局部还解译出少量SE倾向和缓倾角的断面(刘保金等，2009；范增辉等，2018；熊连桥等，2019；Lietal.,2019)。

规模更大，探测深度更深的地震剖面可探测至莫霍面以下(深至60km)，与浅部的地震剖面相比，水平层稀疏，因此对断层的刻画较为模糊，不同的人会有不同的解译结果，受到的主观影响较强。张新彦等(2017)对阿坝-遂宁宽角地震剖面的解译结果显示，龙门山断裂带中的最西侧分支汶川-茂县断裂高角度垂直方向倾向，深度可达莫霍面，而另外两条分支断裂上陡下缓，在约20km处合并到了汶川-茂县断裂分支上，这一剖面反演深度达60km。李佳欣等(2017)对横穿龙门山中段的人工地震测深剖面的解译认为龙门山断裂的三条分支均为垂直方向倾向，自东南向西北其倾角依次减缓，SE侧的两条分支断裂(江油-灌县断裂和北川-映秀断裂)倾角变化不大，延伸至莫霍面深度，约40-50km，最垂直方向侧的一条分支(汶川-茂县断裂)则倾角不断变缓，最终在30km处转为水平，而汶川地震主震发生在汶川-茂县断裂的倾角变缓的位置。

综上所述，地表和浅部5km以上断裂的形态具有较好的约束，但5km向下其解译的精确程度下降，对三条主要分支断层的三维切穿深度、相互之间的空间关系不同的研究有截然不同的见解。本文拟依据地震点定位信息，进一步研究5km以下断裂构造的深部形态。

汶川地震这种震级较大、余震丛集中心偏离地表破裂，本身分布较宽的情况下，就无法有效的获得发震构造的几何信息。汶川地震的重定位之后的余震点，其地震密集带宽度超过20km，这甚至超过了深度方向上延伸的量级(深度方向上主要分布在地下5-20km深度)，即使在三维中观察，也难以获得断层形态相关的有效信息，而目前的方法其一般支持余震集中在断裂面±2km的破裂面拟合。

选择有地表破裂的段落的余震点集，统计其位置与地表破裂之间的距离，垂直方向侧为正，SE侧为负。根据统计直方图(图1)，可以明显的看出余震点的分布中心与地表破裂并不重合，而是集中在地表破裂的西侧约10km位置，以地表破裂为初始破裂面进行地震点的筛选方法也不再适用。

然而大地震相关的余震一般发生在主震的发震断层上(Scholz，1990)，因此汶川地震的余震密集中心应指示了在地表破裂的垂直方向侧的大量未切穿地表的盲断层。本文中拟通过分析地震密集中心开发新的方法用来识别地震点所隐含的断层形态相关的信息，基于余震密集中心提取汶川地震中未破裂至地表的断裂面几何形态的方法流程见图2。

1、确定主断裂层：以余震密集中心为基础确定地震中的主断裂层(目前确定为盲断层)。

2、深度切片

为了分析不同深度上的地震密度分布特征，需要对地震点进行深度方向上的切片。地震点的数量在深度方向上分布不均匀，如图3。需要制定合理的切片方案，使得每一深度具有足够的统计样本量，且兼顾分析结果的地质解释。等量地震数量的分级方案能够使得分级后每个深度分级的地震点数量大体一致，但缺点是不能体现20km滑脱层上下的区别，有某个分级跨越了这个深度层。等深度分级按照深度等间距分级，不同深度的特征能够明确的、有意义的体现，缺点是有的级别地震点过于稀少，难以体现空间分布特征，有的级别地震点过于稠密，进一步的细分可能提供更多的信息。

最终按照等深度分级的原则，分区段进行等深度分级，保证每个等级都有足够多的统计样本。最终的分级方案及各个分级地震目录的特征参数如下表1：

表1

3、震级加权

地震点除个数外，还有震级的要素非常重要，需要综合考虑这两者构造地震点密度的统计量。如果在统计中使用地震能量作为统计量，那么统计结果主要受几个大震级震例控制。但如果只考虑地震点个数，不考虑震级，则显然不能完整的反映地震活跃性。为了获得一个合理的震级加权，我们使用了b值构造震级之间的加权系数。地震的震级(M)和频度(N)之间存在指数关系(Gutenbergetal，1944；Scholz，1968；Urbancicetal，1992)

lgN＝a－b

在考虑b值进行震级加权时，加权系数为10的bM次方。在统计b值是需要考虑震级的完整性。汶川地震及其余震目录中，小于2.0和大于4.9的目录不完整，因此使用2.0-4.9级地震进行b值统计。统计结果如图4。根据b值的拟合结果，本文中实际使用的加权系数为10的0.642M次方。

4、核密度计算

针对每个深度的地震集合，统计地震点密度。地震点密度的分布统计采用arcgis中的核密度计算方法进行统计。这种方法在进行点密度统计时，在每个点的上方覆盖一个平滑曲面，在点所在位置处表面值最高，随着与点的距离增大表面值逐渐减小，在搜索半径的位置处表面值为零。这一方法使用圆形邻域，曲面下的总体积等于该点的加权字段“Population”的值。每个输出栅格相元的密度均为叠加在栅格相元中心的所有核表面之和。核函数以Silverman(1986)中的四次核函数为基础，见式:

方法中的两个关键参数，一个是网格大小，一个是搜索半径。网格大小和搜索半径的减小，会识别出零散的地震密集中心，过大的网格大小和搜索半径又导致细节丢失(见图5)。

5、密集中心提取算法

地震点密度的分析结果为Raster图，通过为不同的密度值对应不同的颜色来显示结果。这种显示方式能够方便的观察到地震点的聚集现象。根据地震点以破裂为中心聚集这一认识，地震点密度最大的位置即断裂面最可能出现的位置。然而地震点沿断裂面的分布并不均匀，也即在断裂面的不同部位，地震点的丛集程度并不相同，这就导致了地震的密集区呈现团块状，如图5所示，与断裂的线性形式相差甚远。

汶川地震的发震断裂，龙门山断裂为已知断裂，为了解决断裂面上丛集差异带来的不利影响，我们将断裂走向这一先验知识融入到密集中心提取算法中，以求获得这一方向上的相对地震密集中心，这一方法也与传统的地震剖面投影的思路不谋而和。具体的提取算法设计如下。

通过构造沿断裂走向和倾向的矩阵，将二维的中心线提取降维至1维的机制提取，获得的结果能够突出刻画与龙门山断裂带平行的余震丛集中心。

5.1单密度中心提取算法

5.1.1构造点阵：构造平行于断裂、能够覆盖主要的地震点丛集区域的斜列点阵，平行于断裂的方向为i方向，垂直于断裂的方向为j方向，记录i、j行列号。

5.1.2核密度值提取：将地震点的核密度值提取到点上，循环提取第i行中核密度值最大点，最终获得一条平行于断裂的地震点密集部位。

从图6中可以看出，算法获得的地震密集部位呈现出较强的线性特征，与断裂线形态相似，是一种有效的地震点提取断裂位置的方法。线性不连续部位则与汶川地震中地表断裂比较重要的几个阶区对应。但这种方法仍存在一些显著的问题：

1、在小鱼洞部位，由于垂直方向向展布的断裂活动的影响，这一段地震丛集线向垂直方向方向偏移。

2、不同深度上的密集中心迁移并没有显示出规律的倾向性，可能的原因是深部破裂不止一条(地表破裂部分段落有2条)，如果只追踪一条相互混淆，难以获得段落倾向信息，基于深度方向上按照等样本量的10分切片的单密度中心建立的三维模型如图7所示。

5.2多密度中心提取算法

为了解决单中心提取结果存在的问题，配合更小的核密度分析网格和搜索半径，重新设计了多密度中心提取算法，如图8所示。

5.2.1构造点阵：构造平行于断裂、能够覆盖主要的地震点丛集区域的斜列点阵，平行于断裂的方向为i方向，垂直于断裂的方向为j方向，记录i、j行列号。

5.2.2核密度值提取：将地震点的核密度值提取到点上，对第i行中核密度按j值顺序进行两两比较，获得所有的局部峰值点。

如图9所示，单密度中心提取算法仅提取红色点代表的最大峰值，而多密度中心除此之外还提取黑色点所代表的其他局部峰值。这种方法要搭配较小的网格尺寸和搜索半径进行核密度计算。以1.5km的网格剖分密度和5km的搜索半径，按2节中的切片方法，01深度的提取结果见图6(深度方向上按照等样本量的10分切片中的01深度)。

6、断裂线提取算法

上述密度中心提取算法提取到的密度中心点，能够看出明显的线性特征，其展布方向与龙门山断裂带基本一致。断裂的研究中最终需要获得代表断裂的线，通过连线、筛选两个步骤设计了断裂线追踪算法。

1,将列号(j)相同的、距离小于设置阈值的点连接成短直线(并记录线的列号、起始点、终点的行号(i)统计形成短线的点的最大地震密度值；

2,将列号相邻、首尾点行号(i)小于设定阈值的两条短线首尾相接，连成长线，统计形成长线的短线的最大地震密度值，并统计线的长度；

3,对长线进行光滑，根据核密度计算加权线长度并据此排序，按百分比进行筛选，保留主要破裂线断裂线筛选提取结果如图10所示。

7、分析效果

按照上述处理流程，对表1中提及的16个深度分别提取了走向和倾向两个方向上的余震丛集中心线。根据最后的提取结果之间的相似性，结合深度划分方案，选择其中的01、04、08、11、14、16等深度上的图作为进一步地质分析的依据，如图11-13。

沿断裂走向的余震丛集中心线呈现出明显的分段特征(图11、12的(a)、(c)和(e)断裂的断裂走向段的余震丛集中心在多数深度上均表现为单中心线，而断裂的中部和南部则在多数深度上都呈现出两条及以上相互平行的余震丛集中心线。余震丛集中心线的延续性也存在明显差异，在比较浅的01(图11(a)和04深度(图11(c)与比较深的13(图12(c)和16(图12(e)深度上，余震丛集中心线的延伸较差，短线居多，而中部的08(图11(e)和11(图12(a)深度上，长线居多，连续性较好。中等深度上延伸较长的余震丛集中心线代表断裂沿走向破裂的贯通性较好，浅部的断续余震丛集中心线结合地表连续贯通的地表破裂显示了浅部局部缺乏凹凸体而产生的余震丛集度分布不均的现象，而深部的断续余震丛集中心线则更可能显示了部分段落断裂未贯通，或本身缺乏断裂。

相比于以栅格属性显示的核密度结果图，余震丛集中心线的提取具有明显的优势。前者的显示效果依赖于图像拉伸方法的选择，在ArcGIS中分别使用了Custom，HistogramEqualize，Minimum-Maximum，PercentClip，sigmoid，StandardEqualize等不同的拉伸方法显示核密度分析结果(图13)不同拉伸方法效果差异巨大，均难以判断极值位置。而经过密集中心提取算法的处理结果能够观察到明显的线性特征，能够获得局部地震密集中心的准确位置。

但由于结果仍然有一些缺陷，使得这一提取结果需要对照密度结果图使用。由于垂直方向向小鱼洞断裂断裂的影响，在04-09深度上，断裂南段小鱼洞断裂附近表现为多条分支，这种现象应该为断裂追踪方向有误导致的局部错误。另外比较显著的问题是由于长度筛选参数的选择或短线连接距离阈值的选择不当，造成部分具有显著地震密集特征的段落缺乏提取线，如04深度上安县附近存在明显的多个地质密集中心线，但处理后只保留了一条短线。

经过断裂线追踪处理后的丛集中心线由于沿走向的复杂分段叠加复杂的平行分支，使得基于追踪结果的断裂倾向观察非常困难，以构造复杂破裂面为目标的不同深度断裂分支识别几乎不可能完成。

为了观察断裂的倾向，为复杂破裂面的三维模型构建提供线索，基于横向与纵向密度中心提取的点结果，构造了159个i方向(横向剖面，如图13)与43个j方向上的剖面(纵向剖面，如图14，由于受到垂直方向向断裂活动的影响，垂直断裂的剖面相当一部分比较复杂，仍看不出显著的丛集中心形态，但部分剖面则能够清晰的识别出断裂的倾向特征。

在纵向剖面031剖面上，沿着小鱼洞与米亚罗断裂的位置(Tia断裂走向tal.,2017)，能够分辨出两条明显成线性的地震点密集带。

断裂的分支系统与倾向

基于密集中心提取算法获得的密集中心点数据构造的垂直龙门山断裂带的剖面，在部分受垂直方向断裂影响较少的位置显示出清晰的断裂形态。我们在每个龙门山断裂分段上挑选了一条剖面，从南到北讨论龙门山断裂深部的破裂样式。

在小鱼洞以南的分段上，如图15所示，剖面027上的地震丛集中心点的分布显示出了明显的规律。以两组垂直方向倾向的破裂面为主，其中上方的一组可能与地表破裂关系密切。其下方还能识别出近垂直的两组破裂面。局部还能识别出SE倾向的破裂面，以15-20km深度的一组较为显著。这一段地震丛集中心主要集中在20km以上的范围，地震的密集程度均不大。

小鱼洞-高川分段上，如图16所示，剖面051上的地震丛集中心点规律性比较明显。这里同样识别出垂直方向倾向的两组破裂面，但与小鱼洞以南段落相比，地震丛集中心显示的破裂面集中在13-20km深度，10km以上缺乏明显的地震丛集中心，在结合存在地表破裂这一点分析，其原因可能是10km以上的破裂面上缺乏凹凸体，能够轻易滑动，不易聚集应力，因此缺乏余震。另外还能识别出一条断续的SE倾向的分支。虽然大部分能够识别的分支仍位于20km以上，但剖面上地震密度最大的位置是其中一条地表破裂下方30km以下位置。由于切片厚度(10-20km深度上的切片厚度是1km，而最后一级的切片厚度达到14km：从29-43km)，该位置的地震空间密集程度未必超过18km位置的两个橙色点，但考虑到分级之间的地震总数影响(18km深度对应分级的地震总数为717个，而29-43km对应分级的地震总数只有313个)该位置30km以下深度的地震密集程度代表了在断裂走向上着一分段的深部地震活动性异常显著。

高川-擂鼓断裂分段上，如图17所示，剖面076上破裂样式显示比较清晰。这一位置主要能够识别出两组近直立的断裂面，直立断裂面之间有倾向为垂直方向和SE两组断裂面，地震点丛集中心主要位于深度20km以上。另外在地表破裂的SE侧，也能识别出较为明显的倾向垂直方向的断裂面，在地表投影的位置位于安县附近，未造成地表破裂，可能与向盆地内部延伸的隐伏断层相关。

擂鼓-平武分段上，如图18所示，101剖面显示出较为清晰的构造样式。最显著的破裂面为两组近垂直的破裂面，SE一侧的从浅部到深部较为连续，在13km深度位置被垂直方向倾向的分支断开。垂直方向侧的分支则局限在15km-20km范围，延伸较短，但地震密度更大，丛集现象更显著。这一位置的地震丛集中心完全集中在20km以上，缺乏更深部的地震。

平武以北断裂分段上128剖面较为典型，如图19所示，剖面上的地震密度丛集中心分布规律简单，为一地表破裂下方的直立断面，这一直立断面在20km以下的深度上有一显著的地震密度丛集中心，说明这一段的破裂涉及到了深部的破裂。

一般认为汶川地震中破裂的龙门山断裂带中的主要断层为垂直方向倾向(徐锡伟等，2008，2009；刘保金等，2009；张新彦等，2017；李佳欣等，2017；范增辉等，2018；熊连桥等，2019；Lietal.,2019)。但基于上述剖面上的地震丛集中心点分布样式可以看到，在龙门山断裂带多数分段上，地下断裂面呈现出复杂的样式。从断裂的南段从以垂直方向倾向的断裂为主，由南向北剖面上的垂直的断裂面逐渐增多，到了最北段，则以垂直破裂面为主。

7.2隐伏破裂位置与地表破裂关系

本文利用余震的密集中心分布特征对其所在的断裂系统进行了进一步的精细刻画，结果表明汶川地震中发生余震的破裂是具有不同走向、倾向、倾角的复杂分支的断裂系统，而不仅仅是以往认为的与地表破裂相贯通的三条形态简单的分支。地表破裂向下延伸的断裂只是这个复杂断裂系统中的一个分支，是地表能够观察到的指示更复杂断裂系统位置的重要依据，而主震和余震的发生则是这一复杂断裂系统不断发育演化的过程。

这些由余震点揭示的没有对应地表破裂的地下复杂的断层系统与地震的烈度分布形态一致(图20)。图中烈度数据来自田秀丰等(2020)余震点核密度使用所有删除不完整震级后的所有深度的余震数据，采用50km的搜索范围与6km的网格剖分大小。可以看到，在断裂的南段，地震的宏观烈度中心分布在断裂的垂直方向侧，与密度中心位置一致，而在断裂的北段，烈度中心、地表破裂以及密度中心三者重合。对仪器烈度的测点提取该位置的余震核密度，并进行仪器烈度与余震核密度的相关性分析。提取结果显示有33个地震烈度测点具有对应的核密度值，基于这一样本的统计结果显示仪器烈度与余震点的核密度之间存在显著的正相关，相关系数见下表2：

**.Correlationissignificantatthe0.01level(2-tailed)。

表2

由此可见，相比于地表破裂，基于余震的断裂系统空间几何特征能够更精确的指示沿断裂的地震危险性，基于余震的断裂系统空间几何特征在地震灾害防御中也同样具有重要的作用。

本文提出了一种使用余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，基于汶川地震的余震数据，对龙门山断裂带深部形态进行了分析。新的方法联合深度方向上的切片和平面上的核密度分析，获得不同深度上余震点密度的分布；在此基础上通过全局和局部的极值提取算法与断裂线追踪算法，获得断裂走向/垂直方向两个方向上的余震丛集中心线，表达不同深度上余震破裂面迹线，并通过垂直方向向剖面上的余震丛集中心点特征，分析了龙门山不同分段的断裂分支系统。

以小鱼洞断裂、茂县、北川、平武为分界点，将龙门山断裂带沿走向从南到北分成了5段。

小鱼洞至茂县分段、平武以北分段在29km以下仍然表现出明显的余震丛集中心，指示这两个位置的滑动与滑脱层以下的构造活动关系密切.

剖面破裂样式从南向北表现出规律性的变化，最南端的小鱼洞断裂以南分段以数条垂直方向倾向的破裂面为主，向北垂直方向向的破裂面逐渐减少，近垂直向的破裂面逐渐增多，到了最北端的平武以北段落，则以一条直立的、切穿至20km滑脱层以下的断裂面为主要特征。

相比于两条地表破裂，这些复杂分支所在的位置能够更好的指示汶川地震的烈度中心，而基于余震的核密度与仪器烈度显著正相关，表明余震指示的断裂系统空间几何特征的研究能够在地震灾害防御发挥重要的作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定主断裂层

以余震密集中心为基础确定地震中的主断裂层；

步骤2：深度切片

将所述主断裂层在深度方向上切片，统计每个切片段的区间厚度、震点数量、地震点集深度中值及均值；

步骤3：震级加权

基于b值的指数形式对每个切片段进行震级加权，地震的震级(M)和频度(N)之间存在指数关系：

lgN＝a－bM

步骤4：核密度计算

针对每个深度的地震点数及震级加权的地震能量集合，统计地震点密度，地震点密度的分布统计采用arcgis中的核密度计算方法进行统计，核函数以Silverman中的四次核函数为基础，见式:

步骤5：密集中心提取

通过构造沿断裂走向和倾向的矩阵，将核密度计算结果的二维中心线提取降维至一维的极值提取，获得的结果能够突出刻画与断裂带平行的余震丛集中心；

步骤6：断裂线提取

将上述密集中心提取到的余震丛集中心点以点线链接方式获得多个断裂线，保留主要破裂线；

步骤7：数据分析

根据所述破裂线提取走向和倾向两个方向上的余震丛集中心线，根据最后的提取结果之间的相似性，结合深度划分方案，以等深度上的图作为进一步地质分析的依据，分辨成线性的地震点密集带。

2.根据权利要求1所述的基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，其特征在于：所述切片以不等深度分级，保证每个分段区间具有足够的统计样本。

3.根据权利要求2所述的基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，其特征在于：所述密集中心提取包括单密度中心提取算法和/或多密度中心提取算法，两种所述算法均已额定的网格大小及搜索半径为数据获取基准。

4.根据权利要求3所述的基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，其特征在于：所述单密度中心提取算法包括构造点阵及核密度值提取，其中：

构造点阵：构造平行于断裂、能够覆盖主要的地震点丛集区域的斜列点阵。平行于断裂的方向为i方向，垂直于断裂的方向为j方向，记录i、j行列号；

核密度值提取：将地震点的核密度值提取到点上，对第i行中核密度值按j值顺序进行两两比较，获得所有的局部峰值点。

5.根据权利要求3所述的基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，其特征在于：所述多密度中心提取算法包括构造点阵及核密度值提取，其中：

构造点阵：构造平行于断裂、能够覆盖主要的地震点丛集区域的斜列点阵。平行于断裂的方向为i方向，垂直于断裂的方向为j方向，记录i、j行列号；

核密度值提取：将地震点的核密度值提取到点上，对第i行中核密度值按j值顺序进行两两比较，获得所有的局部峰值点。

6.根据权利要求4或5权利要求所述的基于余震定位数据研究地震发震构造形态分析的方法，其特征在于：将所述密度中心提取到的密度中心点连线，包括：

a、将列号j相同的、距离小于设置阈值的点连接成短直线，并记录线的列号、起始点、终点的行号i，统计形成短线的点的最大地震密度值；

b、将列号相邻、首尾点行号i小于设定阈值的两条短线首尾相接，连成长线，统计形成长线的短线的最大地震密度值，并统计线的长度；

c、对长线进行光滑，根据核密度计算加权线长度并据此排序，按百分比进行筛选，保留主要破裂线。

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